CN107819595B - 一种网络切片管理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种网络切片管理装置，属于通信技术领域，该装置包括网络切片注册表、用户请求表两个数据用表，网络切片选择模块、网络功能选择模块、信息管理模块三个功能模块，以及多个外部接口；其中，网络切片选择模块分别与网络功能选择模块、网络切片注册表和用户请求表相连，并通过外部接口与用户相连；网络功能选择模块还通过外部接口与已存在的网络切片相连；信息管理模块分别与网络切片注册表、用户请求表相连，并通过外部接口分别与运营商、网络功能虚拟化管理和编排相连；该装置实现了对网络切片的灵活使用和智能管理，保证了网络切片和网络中相关资源的绝对可控。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及移动通信网络中基于网络功能虚拟化的一种网络切片管理装置。
背景技术
在现有的移动通信网络中，网络功能都由专用的网络设备实现，所有的设备都接入同一张网络，因此运营商只能提供单一型服务网络，且难以根据日益多样的用户需求进行扩展。网络功能虚拟化(Network Function Virtualization，NFV)利用虚拟化技术，采用标准化的通用设备来实现各种专用设备的网络功能。NFV的本质是实现硬件资源与软件功能的解耦，从而可以将网络功能从专用设备上抽象出来，根据需要进行部署。其中，网络功能虚拟化管理和编排(NFV-Management and Orchestration，NFV-MANO)是实现资源虚拟化并对网络功能进行管理和编排的体系。网络切片(Network Slice，NS)是由一组网络功能构成的完整的实例化逻辑网络，它旨在为特定设备提供一系列所需的网络服务。与现有移动通信网络不同的是，不同的NS可以根据自身应用场景选择性地增强某些网络功能(同时削弱另一些网络功能)，例如车联网、物联网可以有各自的网络切片。不同应用场景的NS可以用网络切片能力来区分其特征，这些网络切片能力可由可靠性、时延、电池寿命、用户体验速率等指标描述。每个NS都包含若干种网络服务(如视频直播、浏览网页和在线游戏等)，每种网络服务由一组网络功能构成。应用场景相似的NS具备相同的网络切片能力，但这些NS所包含的网络服务略有差异；不同的网络服务对应若干组不同的网络功能，但一种网络服务所对应的一组网络功能将是唯一确定的。
网络切片既可以部署到现有的公共移动通信网络中，也可以作为一种服务提供给需要定制通信服务的组织或机构。然而这种新兴的技术需要配合有效的管理装置，才能发挥其高效、灵活的特点。目前关于网络切片的管理装置及其研究均较少。
发明内容
本发明的目的是为了对网络切片进行有效地管理，此外还能为用户提供网络切片接入、退出，甚至适时地提醒运营商对网络切片进行创建、终止、扩容与缩容等操作，提出一种网络切片管理装置；本装置是对网络切片进行管理的必要基础，同时基于该装置的功能，更为网络切片的创建、扩容、缩容、终止等操作提供了可能。
为了实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现网络切片的管理：
该装置包括网络切片注册表、用户请求表两个数据用表，网络切片选择模块、网络功能选择模块、信息管理模块三个功能模块，以及多个外部接口；其中，网络切片选择模块分别与网络功能选择模块、网络切片注册表和用户请求表相连，并通过外部接口与用户相连；网络功能选择模块还通过外部接口与已存在的网络切片相连；信息管理模块分别与网络切片注册表、用户请求表相连，并通过外部接口分别与运营商、网络功能虚拟化管理和编排相连。
所述网络切片注册表用于存储网络中已存在的网络切片的信息，该表包括网络切片的编号、网络切片的能力、网络切片内包含的网络服务、用户容量和接入用户数。
所述用户请求表用于存储用户接入网络切片失败的信息；该表包括请求发起的时间、用户所需的网络切片能力、用户所需的网络服务和错误代码。
所述网络切片选择模块用于接收来自用户的网络切片接入请求，根据该请求在网络切片注册表中进行信息匹配来寻找用户所需的网络切片，并反馈给用户接入网络切片所需的网络切片编号和网络服务编号，或接入网络切片失败的信息；网络切片选择模块还用于向网络切片注册表和用户请求表写入信息；
所述网络功能选择模块用于接收网络切片选择模块发送用户所需的网络切片编号和网络服务编号，根据所述网络服务编号对应的网络服务解析出该网络服务所需的网络功能；根据所述网络切片编号在与该编号对应的网络切片中寻找该网络功能，然后将用户所需网络功能的编号或者选择网络切片失败的信息反馈给网络切片选择模块。
所述信息管理模块用于读取并检测用户请求表和网络切片注册表中的信息，通过分析用户接入网络切片失败的信息和接入用户的数量向运营商发送提示信息并接收运营商的反馈信息；信息管理模块通过运营商反馈的信息向网络功能虚拟化管理和编排发送通知信息并接收网络功能虚拟化管理和编排的反馈信息；信息管理模块还向网络切片注册表写入网络切片信息。
本发明的特点及有益效果：
本发明具有高度的自主性和灵活性。一方面在条件满足的情况下，该装置可自行将用户接入到所需的网络切片并为用户提供相应的网络服务，同时还可以借助NFV-MANO实现对网络切片的管理；另一方面当需要创建、终止网络切片或进行其他重要操作时，该装置会先向运营商发出请求，在得到准许后才进行相关操作。这既实现了对网络切片的灵活使用和智能管理，又保证了网络切片和网络中相关资源的绝对可控。
附图说明
此处的附图仅用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。本发明的示意性实施例及其说明仅用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为网络切片管理器结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案与功能结构更加便于理解，以下结合附图通过各部分功能对本发明进行详细说明。此处描述的具体功能实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1给出了本发明网络切片管理装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括网络切片注册表、用户请求表两个数据表，网络切片选择模块、网络功能选择模块、信息管理模块三个功能模块，以及多个外部接口；其中，网络切片选择模块分别与网络功能选择模块、网络切片注册表和用户请求表相连，并通过外部接口与用户相连；网络功能选择模块还通过外部接口与已存在的网络切片相连；信息管理模块分别与网络切片注册表、用户请求表相连，并通过外部接口分别与运营商、网络功能虚拟化管理和编排相连。
表1给出了网络切片注册表结构，网络切片注册表用于存储网络中存在的网络切片的信息，例如网络切片的编号(ID)、网络切片的能力、网络切片内包含的网络服务(Network Services)、用户容量(User Capacity)和接入用户数(Number of Users)等。在网络切片注册表中，所有的网络切片用8bit从0到255进行编号；所述网络切片的能力可以由可靠性(Reliability)、时延(Delay)、电池寿命(UE Battery Life)和用户体验速率(User Experienced Data Rate)四项指标描述，每项指标分别用1、0代表要求的高、低，根据实际应用情况确定每项指标要求的高、低，例如用于远程工业控制或汽车自动驾驶的网络切片可提供高可靠性、短时延、较大耗电量和较低用户体验速率的能力，即每项指标的要求高、低分别表示为1、1、0、0，用于智能家居或环境检测传感器的网络切片可提供低可靠性、长时延、较小耗电量和较低用户体验速率的能力，即每项指标的要求高、低分别表示为0、0、1、0，用于移动带宽或视频监控的网络切片可提供低可靠性、长时延、较大耗电量和较高用户体验速率的能力，即每项指标的要求高、低分别表示为0、0、0、1。所有的网络服务用8bit从0到255进行编号；网络切片注册表中每个网络切片最多可以包含64种网络服务；用户容量和接入用户数均用10bit从0到1023表示。
表1
表2给出了用户请求表结构，用户请求表用于存储用户接入网络切片失败的信息，例如请求发起的时间(Request Time)、用户所需的网络切片能力、用户所需的网络服务(Network Services)和错误代码(Error Code)等。在用户请求表中，请求发起的时间可由10位整数存储，其中包括日期和时刻，例如0818092412表示8月18日9点24分12秒；用户所需的网络切片能力和所需的网络服务与网络切片注册表中的存储格式相同；用户请求表总共可以容纳1024条用户请求信息。错误代码由14bit二进制代码表示，前2bit为01的错误代码，如01,1111,00000000，表示没有具备1111这种能力的网络切片，后8bit无实际含义，仅用来保持14bit二进制代码的长度；前2bit为10的错误代码，如10,0010,00000101，表示具备0010这种能力的所有网络切片中都没有00000101(也即编号为5)这种网络服务；前2bit为11的错误代码，如11,0001,00000010，表示具备0001这种能力、编号为00000010(也即编号为2)的网络切片接入用户数已达用户容量上限；前2bit为00的错误代码表示其他错误。
表2
网络切片选择模块用于接收用户发送的网络切片接入请求，该请求可以包括用户所需网络切片的能力和用户所需的网络服务；相应地，网络切片选择模块通过在网络切片注册表中进行信息匹配来寻找用户所需的网络切片，并向用户反馈信息，其中可以包括网络切片编号和网络功能编号，或者是接入网络切片失败的信息。网络切片选择模块可以向网络功能选择模块发送信息，其中可以包括用户所需的网络切片的编号和网络服务的编号；相应地，网络切片选择模块也可以接收网络功能选择模块反馈的信息，其中可以包括网络切片的编号和网络功能的编号，或者是接入网络切片失败的信息。网络切片选择模块可以读取并检测网络切片注册表中的全部信息，并将用户请求中的信息与网络切片注册表中的信息进行匹配；也可以向网络切片注册表写入信息，例如修改某一网络切片的接入用户数。网络切片选择模块可以向用户请求表中写入信息，例如记录用户的请求发起时间、用户所需网络切片的能力、用户所需的网络服务和错误代码。
网络功能选择模块用于接收网络切片选择模块发送的信息，其中可以包括用户所需网络切片的编号和网络服务的编号。网络功能选择模块根据与所述网络服务编号对应的网络服务解析出该网络服务所需的网络功能；网络功能选择模块可以根据所述网络切片编号在与该编号对应的网络切片中选择解析出的网络功能并为用户预留资源，也即通知这些网络功能等待用户的接入。网络功能选择模块可以向网络切片选择模块反馈信息，其中可以包括用户所需网络切片的编号和一组网络功能的编号；或者向网络切片选择模块反馈用于接入网络切片失败的信息。
信息管理模块用于读取并检测用户请求表中的用户接入网络切片失败的信息，以及网络切片注册表中的网络切片信息；该模块中存储着运营商关于网络切片和用户请求所设定的阈值。信息管理模块通过分析两个数据表中的信息，例如当某段时间内用户请求失败的次数达到所设定的阈值或某个网络切片中的用户数量达到所设定的阈值时，信息管理模块可以向运营商发送提示信息，例如创建/扩容/终止/缩容网络切片的提示；相应地，信息管理模块可以接收运营商反馈的信息，例如准许创建/终止/扩容/缩容网络切片。信息管理模块可以向NFV-MANO发送信息，例如创建/终止/扩容/缩容网络切片的通知；相应地，它也可以接收NFV-MANO反馈的信息，例如网络切片创建/终止/扩容/缩容完成或失败的信息。信息管理模块还可以向网络切片注册表写入网络切片信息，例如，在网络切片注册表中添加/删除/修改一个条目。
本发明网络切片管理装置的功能均可由编程人员通过常规的编程技术予以实现。
以一次成功的用户接入网络切片为例说明本发明网络切片管理装置的工作过程：当用户在某种应用场景下需要某种网络服务时，在网络切片管理装置接收到该请求后，其中的网络切片选择模块读取到用户接入请求信息，并根据其中用户所需网络切片的能力和用户所需的网络服务在网络切片注册表中进行逐个匹配。当发现某个网络切片具备用户所需网络切片的能力和用户所需的网络服务，且接入用户数未达用户容量上限，网络切片选择模块则将该网络切片的编号和用户所需的网络服务编号发送给网络功能选择模块。在网络功能选择模块根据自身的配置文件解析出该网络服务编号所对应的网络功能之后，会在目标网络切片中寻找这些网络功能并通知其为用户预留资源，随后网络功能选择模块将网络切片的编号和这组网络功能的编号反馈给网络切片选择模块。收到该信息后，网络切片选择模块再将网络切片的编号和网络功能的编号反馈给用户以供接入。
以一次成功的网络切片创建为例说明本发明网络切片管理装置的工作过程：在信息管理模块对用户请求表做常规性检测时，发现一网络切片在1小时内有100次因接入用户达到用户容量上限而造成用户接入失败，这一指标已超过了运营商所设定的1小时内60次的阈值。于是信息管理模块向运营商发出创建网络切片的提示，在收到运营商反馈的准许创建网络切片的信息后，信息管理模块再向NFV-MANO发出创建网络切片的通知。在信息管理模块收到NFV-MANO反馈的网络切片创建完成信息后，信息管理模块向网络切片注册表中写入一个新条目。
虽然本发明已经通过优选实施例对各模块进行了功能描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所做出的各种改变及优化。因此，凡在本发明的原理之内所做的任何修改、同等替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种网络切片管理装置，其特征在于，该装置包括网络切片注册表、用户请求表两个数据用表，网络切片选择模块、网络功能选择模块、信息管理模块三个功能模块，以及多个外部接口；其中，网络切片选择模块分别与网络功能选择模块、网络切片注册表和用户请求表相连，并通过外部接口与用户相连；网络功能选择模块还通过外部接口与已存在的网络切片相连；信息管理模块分别与网络切片注册表、用户请求表相连，并通过外部接口分别与运营商、网络功能虚拟化管理和编排相连；
所述网络切片选择模块用于接收来自用户的网络切片接入请求，根据该请求在网络切片注册表中进行信息匹配来寻找用户所需的网络切片，并反馈给用户接入网络切片所需的网络切片编号和网络服务编号，或接入网络切片失败的信息；网络切片选择模块还用于向网络切片注册表和用户请求表写入信息；
所述网络功能选择模块用于接收网络切片选择模块发送用户所需的网络切片编号和网络服务编号，根据所述网络服务编号对应的网络服务解析出该网络服务所需的网络功能；根据所述网络切片编号在与该编号对应的网络切片中寻找该网络功能，然后将用户所需网络功能的编号或者选择网络切片失败的信息反馈给网络切片选择模块；
所述信息管理模块用于读取并检测用户请求表和网络切片注册表中的信息，通过分析用户接入网络切片失败的信息和接入用户的数量向运营商发送提示信息并接收运营商的反馈信息；信息管理模块通过运营商反馈的信息向网络功能虚拟化管理和编排发送通知信息并接收网络功能虚拟化管理和编排的反馈信息；信息管理模块还向网络切片注册表写入网络切片信息。
2.根据权利要求1所述的网络切片管理装置，其特征在于，所述网络切片注册表用于存储网络中已存在的网络切片的信息，该表包括网络切片的编号、网络切片的能力、网络切片内包含的网络服务、用户容量和接入用户数。
3.根据权利要求2所述的网络切片管理装置，其特征在于，所述用户请求表用于存储用户接入网络切片失败的信息；该表包括请求发起的时间、用户所需的网络切片能力、用户所需的网络服务和错误代码。
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